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一种高精度电荷平衡式电压-频率转换器的设计

1 引 言在许多遥测、遥控和远距离数据采集等应用场合中,把模拟信息转换成频率信号是十分有利的,因为频率信号可以比模拟电压或电流信号更为精确地传输和解码,或者记录下来。将模拟信息转换成频率信号的另一个主要应用领域是进行信号隔离装置的设计,这时可先将模拟信号转换成频率,然后通过光学隔离器进行耦合,经由频率电压转换器(FVC)回复成电压,以达到在系统的输入和输出之间实现近乎理想的隔离。远距离传输模拟信号容易产生噪声干扰,使传输后的模拟信号质量下降,效果降低。为了解决这个问题,采用了A/D、D/A转换器,数字脉冲调制解调等许多办法,但其结构复杂、精度低。最好的方法是采用电压频率转换器(VFC),以频率形式传输模拟信号。实现电压频率转换有两种方法:电荷平衡式和多谐振荡器式结构。多谐振荡器式VFC把输入电压转换成电流,电流要对电容器进行充电,然后通过比较器和触发器对电容器放电。用稳定的基准设置切换阈值电压,输出具有单位占空比,输出频率与输入...  (本文共3页) 阅读全文>>

《计量学报》1993年01期
计量学报

电荷平衡式低频电压-频率变换器非线性误差的分析与补偿

1口l会.占了尽不J DVF一1型智能数字电压频率测量仪采用v/F技术实现了误差10一,量级的6+位直流电压侧量,其基本的技术基础是对v/F原理的再研究。理论和实践均证明,DvF一1中电压-频率变换器(vFc)的零点和增益漂移都不会引入系统误差,其主要的误差因素来自VFC的非线性和参考基准的稳定性〔,’。本文在合理构造v/F模型的基础上,用严格的数学方法导出了电荷平衡式VFC的低频传输特性,得到了主要非理想因素影响下的非线性表达式,并据此提出了非线性的控制和补偿设计方法,经过DvF一l的实际应用,获得了满意的结果。2 VFC低频模型及其基本方程式 理想的恒流馈电电荷平衡式vFC的一种实现方案如图l所示,在DvF一1中,我们只要求一个工作在10 kH:的低频vFC系统,这时的非理想因素主要集中在积分器和定时器环节。 对积分器,文献〔2〕指出多斜积分式A/D对积分放大器带宽的要求仅在10 Hz量级,图l中的积分器工作方式属于此类型,...  (本文共8页) 阅读全文>>

《测控技术》2009年05期
测控技术

电荷平衡式电压—频率转换器的原理及误差分析

电压频率转换(VFC)是一种重要的模数转换,具有以下特点[1]:VFC电路的原理和结构比较简单,以比较低的成本就能获得较高的转换分辨率和线性转换度;VFC的输出是与模拟输入电压成正比的频率信号,当把输出的频率信号作为计数器的时间脉冲,则在单位时间内计数器的计数值反映了时钟脉冲的频率;电源电压和环境温度的变化不会影响压频转换关系的单调性;VFC型ADC的转换速率远低于并行比较型和逐次逼近型ADC,与积分型ADC的转换速率相当。电压频率转换方式有两种,即多谐振荡式和电荷平衡式。电荷平衡式VFC准确度较高,一般用于要求精度比较高的场合。典型的VFC输出频率范围是10kHz~1 MHz(最大输入电压条件下),商业级VFC转换器可以达到相当于12位的分辨率(精度为0.01%)。AD I公司的AD652是一种使用同步时钟的高精度压频转换单片集成电路,最高满度频率达2MHz。在满度频率为1 MHz时的最大线性误差为满度的0.005%,增益温度...  (本文共4页) 阅读全文>>

《测控技术》2008年05期
测控技术

同步和异步电荷平衡式电压频率变换器误差分析

电压频率变换(VFC)是一类重要的模数转换。电压频率变换主要方式有两种,即多谐振荡式和电荷平衡式,电荷平衡式VFC准确度较高,一般用于精度要求较高的场合。电荷平衡式VFC的基本原理是:以电容作为电荷的载体,输入电压VIN生成与其成正比的电流IIN对电容进行充电,同时用一已知的恒流源IREF(其中IREFIINm ax)对电容进行周期性的反向充电,且每次充电时间固定为Tc,从而实现每个周期或若干个周期内电容上的输入输出电荷平衡。同时这个周期也即为输出信号的周期,输出信号的频率或平均频率与输入的电压VIN成正比[1]。电荷平衡式VFC一般为异步工作方式。用由外部时钟驱动的双稳电路取代异步电荷平衡压频变换器的单稳电路,可以改进VFC的线性度和稳定性,这类改进型VFC称作同步电压频率变换器(SVFC)。两类电荷平衡式VFC的基本原理相同,但在细节上又有较大区别。电压频率变换器实际上只是做到了将电压转换成脉冲串,最终的频率值还需要通过计数...  (本文共4页) 阅读全文>>

《重庆邮电学院学报(自然科学版)》2001年S1期
重庆邮电学院学报(自然科学版)

电荷平衡式电压频率转换器的设计

0 引 言在遥测、遥控和远距离数据采集等应用场合 ,把模拟信号转换成频率信号是十分有利的 ,因为频率信号可以比模拟电压信号更为精确地传输。将模拟信息转换成频率信号另一个主要应用领域是进行信号隔离装置的设计 ,这时可先将模拟信号转换成频率 ,然后通过光学隔离器进行耦合 ,经由频率电压转换器 ( FVC)回复成电压 ,以达到在系统的输入和输出之间实现接近理想的隔离。远距离传输模拟信号容易产生噪声干扰 ,使传输后的模拟信号质量下降 ,效果降低。为了解决这个问题 ,采用了 A/ D、D/ A转换器 ,数字脉冲调制解调等许多办法 ,但其结构复杂 ,精度低 ,最好的方法是采用电压频率转换器( VFC)以频率形式传输模拟信号。电压频率转换器将模拟输入信号转换为频率并与其电压幅值对应的输出信号 ,它是模数转换器的另一种形式 ,其输出频率与输入信号电压成正比。通过光电隔离器和无线电链路等在远距离传输线路上传输频率信号使其不受干扰是较为容易的 ,其...  (本文共3页) 阅读全文>>

《仪器仪表学报》1980年20期
仪器仪表学报

一种高线性度电荷平衡式 A/D 转换系统实现

一种高线性度电荷平衡式A/D转换系统实现*秦开宇古天祥习友宝杨雪(电子科技大学自动化系成都610054)摘要本文提出电荷平衡式A/D转换器通用模型,给出其传输特性及非线性误差表达式,探讨减小非线性误差的技术方法,并设计了一种定压方式的脉宽调制A/D方案,在仅需最少精密器件且勿需补偿的情况下实现高线性度A/D转换系统设计,取得了很好的实用效果。关键词电荷平衡模数转换器非线性0引言电荷平衡式A/D变换器具有分辨力高、精度好、抗干扰力强、接口简单、易于远距离隔离传输等优点,得到广泛应用。这类A/D主要有电压——频率转换(VFC)、脉宽调制转换(PWM)等,其变换误差因素主要来自放大器和积分器的零点及增益漂移、参考电压源的稳定性、变换器的非线性等。零点和增益漂移等稳定性偏差可通过校准消除,参考稳定性可经精心设计加以解决。[1]而非线性误差不能用校准消除,虽然可以用各种硬件补偿措施加以精细调整或采用曲线拟合等软件方法来减小,但均非最佳解决...  (本文共6页) 阅读全文>>